石油圈
信息化的今天，日益成熟的移动互联网技术为各传统行业提供了先进、可靠的基础保障。视频的移动化，有效解决了安全生产领域突发事故时，各级安全监管单位在跨区、跨网络大范围协同作战的应急指挥救援等问题。在“两化”融合深入推进的大背景下，油田各业务板块都高度重视以提高生产管理水平为目的的信息化建设。信息化项目中的无线视频技术应用，将大大提高油井作业施工效率、采油井、采油间及输油管网的安全监控水平和突发事件的应急处理能力。无线视频技术的合理使用，对未来石油稳产目标的达成具有积极重要的意义。
无线视频之于石油稳产，如同输电技术之于发电厂。发电能力已经饱和，只有在输电过程中减少损耗，才能达到提高发电效率的目的。对于影响石油稳产的众多因素，通过无线视频技术提高管理水平、降低管理成本、提高维修养护效率、缩短突发事故时延，能直接降低石油的生产成本，对于提高石油的采收率具有立竿见影的作用。
1无线视频系统的重要组成
从网络架构上看，无线视频系统可以划分为前端设备、传输设备和客户端三部分。
1.1前端设备及数据配置
前端设备包括视频头及编码器，还可以选配存储服务器。本文只针对无线视频技术进行研究，对存储器不做深入分析。
1.1.1视频头选择
选择支持高分辨率的视频头，是获得高质量图像的基础。无线视频技术一个基本的构成因素——视频图像。清晰的视频图像是无线视频技术追求的目标。对于图像质量优劣，首先要从前端视频头做起。如下图所示，依次为左枪机（D1）、右网络高清球机（D1）。
1.1.2选择针对无线传输的编码器
选择H.264协议的编码器。编码器能否将优质画面高效压缩，是便于传输的基础保证。相对于H.263协议，H.264在低带宽下有了长足进步，可以达到以下效果：256k带宽即可基本商用；1M带宽即可达到高端商用客户需求；2M带宽可以达到支持动态4CIF图像效果，和MPEG2协议8M带宽效果相当。
下图是H.263、MPEG-2、MPEG-4和H.264压缩性能的一个比较。图中横坐标代表码率（单位：kb/s），纵坐标代表视频的质量，用视频亮度分量的信噪比（单位：dB）表示。信噪比越高，表示视频质量越好。使用的测试序列是标准测试序列Tempete（CIF，30帧/s）。可以看到，在4个编码标准中，MPEG-2的编码效率最低，H.263次之，然后是MPEG-4，H.264编码效率最高。从视频质量上看，当图像客观质量达到31dB时，H.264产生的码率仅约为350kb/s，MPEG-4需要510kb/s左右，H.263约为625kb/s，MPEG-2则接近1Mb/s。
1.1.3前端配置
最大传输单元（MaximumTransmissionUnit，MTU）值的选取。设定值偏大，数据包会被迫拆分，产生很多包碎片，出现丢包现象。如果客户端采用pppoe上网，一般此值应改为1492。更多情况下，需要测试后决定。
码率分为定码率和变码率。对于带宽抖动较大的无线网络来说，前端选择变码率更可以根据带宽的波动及时改变码率大小，达到传输图像流畅的目的。
码率上限。根据所要达到图像的分辨率要求，进行相应调整。
I帧间隔。因为I帧传输一幅完整的画面，I帧打包数据量较大，传输延时较长，所以I帧间隔不宜过小，更应根据实际使用环境灵活配置，以达到最优效果。
帧率（FrameRate）。帧率是测量显示帧数的量度。由于人类眼睛的特殊生理结构，如果所看画面之帧率高于20，就会认为是连贯的。该参数在设置时应充分考虑客户端的显卡处理能力。因为在分辨率一定的情况下，帧率过高，将导致显卡的工作效率下降，带来图像的不流畅。所以，建议分辨率以肉眼观看流畅为原则设定。
心跳机制。作为前端设备状态确定的一个重要机制，其设定的时间间隔对无线网络的工作状态冲击较大。设定时间小于或等于无线网络的保持时延，将导致被占用的子信道无法释放，带宽的利用率下降，甚至无法满足工作需求；心跳间隔过大，则容易出现前端故障判断不及时的问题。
1.2传输设备
为了满足无线视频传输的需求，传输设备主要包括前端的传输模块（也可以理解为CPE）、无线传输基站（McWiLL基站）、路由器及网关、视频服务器（提供流媒体）等网络硬件，如下图所示。
1.2.1传输模块/CPE
根据需求，可以提供两种传输模块：
（1）MEM160模块，最高支持传输速率1Mb/s；
（2）超级CPE，最高支持传输速率4.6Mb/s。
1.2.2无线传输基站（McWiLL基站）
McWiLL基站具有4种自适应的调制方式。各调制方式对应提供的带宽，如下表所示。
以上调制模式取决于模块所处的无线环境，因此实际应用中应充分考虑无线环境的因素，合理规划安装位置及配备适应相应环境的硬件设备，以达到效益最大化。
灵活配置上、下行时隙。对于主要用于生产保障的生产网，数据主要由无线网络流向有线网络，对无线网络的上行要求较高。McWiLL网络采用TDD双工模式，可以灵活配比上下行时隙。通过增加上行时隙，可以大大提高网络数据传输能力。
现网中无法实现时隙非对称的原因，主要为小灵通用户的终端设备配置在20M内，存在对McWiLL基站的上行干扰。随着新的频段申请成功，在新的频段内将不存在以上问题，以上功能将更有效地发挥出McWiLL网络的传输优势。
1.2.3路由器及网关
生产网中，生产数据将以IPv6作为传输协议。而视频服务器配置在IPv4的网络中，所有的数据都需要IVI网关，以实现地址解析，实现两张网络的互通。
1.2.4视频服务器
视频服务器集成了流媒体服务器的功能，并通过多网卡实现多网间的视频分发。
（1）流媒体服务器作用
第一，流媒体服务器主要用来缓解。由于过多的用户直接从前端设备取流，给无线网络造成的额外开销和压力。第二，流媒体服务器的搭建可以提供基于UDP传输协议的视频数据传输，为用户在传输协议中提供多种选择。
（2）服务器的多网域设置功能
无线视频的广泛应用、跨网间的使用，要求服务器不只局限在一个网络中。多网域的配置，可以简化网络架构，提高服务器的工作效率。
1.3客户端的配置
客户端大致可分为PC、ipad、智能手机等。其中，PC又可分为下载客户端和网页客户端。丰富的客户端软件，可以充分满足不同需求人士的需要，将无线视频技术更广泛地推广给各阶层使用者。
1.3.1客户端的本地配置
客户端提供了丰富配置选项，包括抓图、视频存储、视频回播以及网传性能优化等。因为人们往往最关心视频的质量，所以网传性能的优化是一项值得关注的选项。例如，在海康的客户端中就会有网传性能的直接选项按钮，从1到9可供选择。当选择9（流畅优先）时，相比实时状态下视频流畅性有所提高。通过内存监测发现，它增加了内存的耗用量（30M）。由此可以推断，终端侧增加缓存，在图像实时性较小的影响下，可以得到相对较理想的流畅效果。
1.3.2客户端对传输协议的选择
对传输采用TCP还是UDP，不同厂家的客户端有不同的配置项。但是，从使用者的角度来看，该配置值得保留，可以在一定程度下缓解网络压力。
2采油中无线视频技术的实际应用
如何在有限的资源下，做到效益最大化，必须从无线网络的特点出发，从前端设备的应用环境、传输的网络特性和客户的使用要求综合分析，集中优化，实现资源占用最小、使用效果最优、应用范围最广、扩展业务能力最强的目标。
2.1前端的应用
如何实现资源占用的最小，可以从三个方面考量。第一，无线视频终端的数量越少，占用的资源越少；第二，采用的视频分辨率越低，占用的资源越少；第三，向前端取流的客户端越少，资源占用越小。
2.1.1无线视频终端的数量规划
数量的规划主要取决于应用场景。例如，在以下应用场景中，相应可以采用不同的规划手段。如下图所示，场景1中，所有的油井都在相对较平坦的区域内，且没有高大建筑及茂密的防风林遮挡。所以，可以假设塔台。利用塔台高度，假设长焦距云台监控设备，可以一个视频头完成对3km半径内的所有油井的监控。优点是可以充分利用无线带宽资源，因为塔台的高度较高，与基站间实现视距传输，大大减少自然环境对信号的干扰，实现稳定、较高的带宽，从而可选择高清视频图像格式。缺点是无法对某一个固定的区域最边界告警，需要专职人员随时操作进行巡查。
如下图所示，场景2中存在防风林或者被其他林区高大树木包围，可以采用点对点的视频监控模式。优点是可以直接切换视频，无需人工调整，便于操作，更可以有针对地开发边界控制、侵入告警等附加功能。缺点是一旦出现集中注册同一基站，带宽压力较大，甚至影响画质效果。
如下图所示，场景3主要为市区内采油设备，在条件允许的情况下，可以采用有线就近接入，利用路灯杆或灯岗等城市设施，搭建监控设备实现监控。优点是不占用无线资源，可以更好地实现高清视频。缺点是城市施工有难度。
2.1.2区别配置各个视频头的分辨率
视频分辨率配置的高低要根据前端应用场景情况决定。场景1中可以采用D1，实现点对多点的高效率。而场景2的点对点情况，建议采用CIF，可以根据单基站覆盖区域内点的多少，按需求给予个别点更高的视频分辨率，最终达到无线带宽利用最大效率化、用户体验最佳化。
2.1.3向前端直接取流客户端数量控制
向前端取流的客户端数量，倍数增加前端对带宽的需求。对于无线宝贵的带宽资源来说，相同的视频占用过多的带宽是低效、无谓的浪费。所以，在采用流媒体服务器后，终端用户将严格限制取流方式——只允许从流媒体服务器取流。
2.2视频服务器的管理
视频服务器作为对前端设备的管理，必不可少。前端设备的多元化，可能造成视频服务器的庞杂，从而导致管理上的困难。为了防止视频服务器过多、过杂，造成对前端取流出现交叉、重复的问题，视频服务器应尽量兼容能力强且支持多级管理，为扩容和日后的维护管理提供便利。
2.3拓展业务能力
实际油田应用中，无线视频不仅简单的图像传输，更可以与其他传感器联动。安全防范方面，可以做到电子围栏，实现入侵告警；石油生产运行方面，提供与其他传感器的接口，实现动环监控，将关键参数与视频实现联动。一旦生产数据出现异常，视频可在第一时间弹出，简单、直观地为故障排查、事故分析、应急抢修提供宝贵的视频资料和时间。
3结语
无线视频技术作为无线通信科技发展的成果之一，在油田中的应用尚待进一步研究。本文通过视频技术的应用分析，结合油田开采的需求，量体裁衣，力求创建一套切实可行的油田视频技术应用解决方案，以加快油田信息化进程。
版权声明|来源：《通信技术》，作者：仲伟思，版权归原作者所有。
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